JP2001264071A

JP2001264071A - 振動子駆動装置

Info

Publication number: JP2001264071A
Application number: JP2000077091A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kato; 加藤　　学; Hideya Kurachi; 秀哉倉知
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-26
Also published as: US6490924B2; US20010022107A1

Abstract

(57)【要約】【課題】変位検出信号に混入するノイズ量の変動を抑
制して、静電駆動型振動子の振動状態の検出誤差等の変
動を抑制することができる振動子駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置４０は、駆動電極１３に駆動信
号を出力して駆動枠１１及び検出枠１２をｘ方向に振動
駆動するとともに、この駆動枠１１のｘ方向の振動によ
る変位を変位検出信号として検出する。そして、駆動装
置４０は、検出された変位検出信号に基づき駆動枠１１
の振動振幅が一定になるように一定の振幅を有する駆動
信号の交流成分及び検出された変位検出信号に基づき増
減制御される駆動信号の直流成分を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば角速度セン
サが備える静電駆動型の振動子を振動駆動する振動子駆
動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば角速度センサが備える静電
駆動型の振動子を振動駆動する振動子駆動装置として
は、例えば図１４のブロック図にて表されるものが知ら
れている。同図に示されるように、静電駆動型振動子の
駆動方向の振動による変位は、駆動方向変位検出電極８
１から変位検出信号として変位信号検出部８２に出力さ
れる。

【０００３】変位信号検出部８２に出力された変位検出
信号は、同期検波回路８３において駆動方向の変位に同
期したタイミングにて同期検波されて振動振幅情報とし
て振幅調節器８４に出力され、また、同時に９０ｄｅｇ
移相器８５を介して略９０度移相されて同振幅調節器８
４に出力される。なお、変位検出信号を９０ｄｅｇ移相
器８５を介して略９０度移相するのは、上記振幅調節器
８４において同変位検出信号に対して略９０度の位相差
を有する駆動信号の交流成分を生成し、静電駆動型振動
子を発振しやすくするためである。

【０００４】上記振幅調節器８４に出力された振動振幅
情報は、同振幅調節器８４において振幅設定値と比較さ
れる。そして、上記振動振幅情報が小さいときには、増
加調節された振幅を有する駆動信号の交流成分が生成さ
れ、一方、同振動振幅情報が大きいときには、低減調節
された振幅を有する駆動信号の交流成分が生成される。
このような駆動信号の交流成分の振幅調節は、上記振動
子の駆動方向の振動振幅が一定になるように同振動子の
振動駆動力を制御するためである。このように振幅調節
された駆動信号の交流成分は、加算器８６に出力され
る。

【０００５】上記加算器８６において、上記振幅調節さ
れた駆動信号の交流成分と所定値を有する駆動信号の直
流成分（バイアス電圧）とが加算されて駆動信号が生成
される。そして、このように生成された駆動信号が駆動
電極８７に印加される。この駆動信号（印加電圧）の２
乗に比例して上記振動子との間で発生する静電引力（振
動駆動力）の振動により、同振動子は駆動方向の振動振
幅が一定になるように振動駆動される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記駆動信
号の交流成分は変位検出信号と同等の周波数であるた
め、同駆動信号の交流成分は同変位検出信号のノイズ源
となっている。すなわち、この駆動信号の交流成分は、
静電駆動型振動子の振動状態の検出誤差の原因となる。
また、この静電駆動型振動子が振動駆動されている状態
において、例えば角速度の検出をする場合には、その検
出出力のずれの原因となる。このような振動状態の検出
誤差や角速度の検出出力のずれは、固有の値を有するの
であれば、その補正は容易である。

【０００７】しかし、静電駆動型振動子の経時変化や環
境温度の変化などによって同静電駆動型振動子の駆動方
向のＱ値が変動した場合に、同振動子の駆動方向の振動
振幅が一定になるように上述のように駆動信号の交流成
分が増減調節されると、同変位検出信号に混入するノイ
ズ量が変動することとなる。従って、静電駆動型振動子
の振動状態の検出誤差や角速度の検出出力のずれが変動
することとなる。

【０００８】本発明の目的は、変位検出信号に混入する
ノイズ量の変動を抑制して、静電駆動型振動子の振動状
態の検出誤差等の変動を抑制することができる振動子駆
動装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、静電駆動型振動子に駆
動信号を出力して該静電駆動型振動子を振動駆動する振
動子駆動手段と、該静電駆動型振動子の振動による変位
を変位検出信号として検出する変位検出手段と、該検出
された変位検出信号に基づき該静電駆動型振動子の振動
振幅が一定になるように該振動子駆動手段から出力され
る駆動信号を生成制御する振幅調節手段とを備えた振動
子駆動装置において、前記振幅調節手段は、一定の振幅
を有する前記駆動信号の交流成分を生成する交流成分生
成手段と、前記検出された変位検出信号に基づき増減制
御される該駆動信号の直流成分を生成する直流成分生成
手段とを有し、前記生成された交流成分及び直流成分か
らなる駆動信号に基づき、前記静電駆動型振動子の振動
駆動力を制御して、該静電駆動型振動子の振動振幅が一
定になるように調節を行うことを要旨とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の振動子駆動装置において、前記駆動信号の直流成分
は、前記変位検出信号に基づき検出される前記静電駆動
型振動子の振動振幅と設定振幅との差に比例して、又
は、前記変位検出信号に基づき検出される前記静電駆動
型振動子の振動振幅と設定振幅との差を時間積分した値
に比例して、又は、前記変位検出信号に基づき検出され
る前記静電駆動型振動子の振動振幅と設定振幅との差を
時間積分した値及び該振動振幅と設定振幅との差に比例
した値の和に比例して増減制御されることを要旨とす
る。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の振動子駆動装置において、前記駆動信号の交流
成分は、前記変位検出信号と略９０度の位相差を有し
て、又は、該駆動信号の交流成分の振幅が前記変位検出
信号の振幅に比例するように、又は、前記変位検出信号
を微分、積分及び９０度移相のいずれか１つをした信号
に比例するように生成されることを要旨とする。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の振動子駆動装置において、前記静電駆
動型振動子との間の静電引力の方向が相反し、前記駆動
信号の交流成分が互いに反転されて印加される第１駆動
電極及び第２駆動電極を備えることを要旨とする。

【００１３】（作用）一般に、静電駆動型の振動子は、
交流成分と直流成分とからなる駆動信号が印加されて振
動駆動されている。すなわち、この駆動信号（印加電
圧）の２乗に比例して静電駆動型振動子との間で発生す
る静電引力（振動駆動力）の振動により、同静電駆動型
振動子は振動駆動される。そして、この静電駆動型振動
子の駆動方向の振動による変位（振動振幅）は、変位検
出信号として検出される。振幅調節手段は、この検出さ
れた変位検出信号に基づき、静電駆動型振動子の駆動方
向の振動振幅が一定になるように上記駆動信号を生成制
御する。このように生成制御された駆動信号に基づき、
上記静電駆動型振動子の振動駆動力が制御され、同静電
駆動型振動子は駆動方向の振動振幅が一定になるように
調節される。

【００１４】ここで、上記駆動信号の交流成分は変位検
出信号と同等の周波数であるため、同駆動信号の交流成
分は同変位検出信号のノイズ源となっている。すなわ
ち、この駆動信号の交流成分は、静電駆動型振動子の振
動状態の検出誤差の原因となる。また、この静電駆動型
振動子が振動駆動されている状態において、例えば角速
度の検出をする場合には、その検出出力のずれの原因と
なる。

【００１５】このような静電駆動型振動子の振動状態の
検出誤差等は、駆動信号の交流成分から混入するノイズ
量が安定していれば、固有の値を維持するためその補正
は容易なものとされる。

【００１６】請求項１に記載の発明によれば、振幅調節
手段は、上記交流成分生成手段及び直流成分生成手段に
より一定の振幅を有する交流成分及び検出された変位検
出信号に基づき増減制御される直流成分からなる駆動信
号を生成する。そして、この駆動信号に基づき、上記静
電駆動型振動子の振動駆動力を制御して、同静電駆動型
振動子の駆動方向の振動振幅が一定になるように調節す
る。

【００１７】従って、例えば静電駆動型振動子の経時変
化や環境温度の変化などによって同静電駆動型振動子の
駆動方向のＱ値が変動した場合においても、駆動信号の
直流成分のみが増減制御され、交流成分（振幅）は一定
とされる。すなわち、静電駆動型振動子の経時変化や環
境温度の変化などによって同静電駆動型振動子の駆動方
向のＱ値が変動した場合においても、駆動信号の交流成
分により変位検出信号に混入するノイズ量は安定したも
のとされる。このため、静電駆動型振動子の振動状態の
検出誤差等は、固有の値を保持してその変動が抑制され
る。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、上記駆動
信号の直流成分は、前記変位検出信号に基づき検出され
る前記静電駆動型振動子の振動振幅と設定振幅との差に
比例して、又は、前記変位検出信号に基づき検出される
前記静電駆動型振動子の振動振幅と設定振幅との差を時
間積分した値に比例して、又は、前記変位検出信号に基
づき検出される前記静電駆動型振動子の振動振幅と設定
振幅との差を時間積分した値及び該振動振幅と設定振幅
との差に比例した値の和に比例して増減制御される。

【００１９】従って、上記駆動信号の直流成分が、変位
検出信号に基づき検出される前記静電駆動型振動子の振
動振幅と設定振幅との差に比例して増減制御される場合
には、上記静電駆動型振動子の振動駆動力の位相遅れが
抑えられ、同静電駆動型振動子に対する応答性の良い制
御が可能となる。

【００２０】また、上記駆動信号の直流成分が、変位検
出信号に基づき検出される静電駆動型振動子の振動振幅
と設定振幅との差を時間積分した値に比例して増減制御
される場合には、上記静電駆動型振動子の振動振幅と設
定振幅との差が零になるよう、同静電駆動型振動子に対
する精度の良い制御が可能となる。

【００２１】さらに、上記駆動信号の直流成分が、変位
検出信号に基づき検出される静電駆動型振動子の振動振
幅と設定振幅との差を時間積分した値及び同振動振幅と
設定振幅との差に比例した値の和に比例して増減制御さ
れる場合には、上記静電駆動型振動子の振動駆動力の位
相遅れが抑えられ、また、静電駆動型振動子の振動振幅
と設定振幅との差が零になるよう、同静電駆動型振動子
に対する応答性及び精度の良い制御が可能となる。

【００２２】請求項３に記載の発明によれば、上記駆動
信号の交流成分は、前記変位検出信号と略９０度の位相
差を有して、又は、該駆動信号の交流成分の振幅が前記
変位検出信号の振幅に比例するように、又は、前記変位
検出信号を微分、積分及び９０度移相のいずれか１つを
した信号に比例するように生成される。

【００２３】従って、上記駆動信号の交流成分が、変位
検出信号と略９０度の位相差を有して生成される場合に
は、上記静電駆動型振動子は、最も効率のよい共振点に
て振動駆動される。

【００２４】また、上記駆動信号の交流成分が、同駆動
信号の交流成分の振幅が変位検出信号の振幅に比例する
ように生成される場合には、上記静電駆動型振動子の振
動状態（振動振幅）が安定すれば、同振動子の振動に基
づく変位検出信号を増幅若しくは減衰するのみで、一定
の振幅を有する駆動信号の交流成分が生成される。この
ため、例えば、駆動信号の交流成分を単独で生成する場
合に比べ、上記交流成分生成手段の構成（回路構成）が
簡易化される。

【００２５】さらに、上記駆動信号の交流成分が、変位
検出信号を微分、積分及び９０度移相のいずれか１つを
した信号に比例するように生成される場合には、上記静
電駆動型振動子の振動状態（振動振幅）が安定すれば、
同振動子の振動に基づく変位検出信号を微分、積分及び
９０度移相のいずれか１つをした信号を増幅若しくは減
衰するのみで、一定の振幅を有する駆動信号の交流成分
が生成される。このため、例えば、駆動信号の交流成分
を単独で生成する場合に比べ、上記交流成分生成手段の
構成（回路構成）が簡易化される。また、上記駆動信号
の交流成分は、上記変位検出信号を微分、積分及び９０
度移相のいずれか１つがされることで、同変位検出信号
と略９０度の位相差を有して生成される。従って、上記
静電駆動型振動子は、最も効率のよい共振点にて振動駆
動される。

【００２６】請求項４に記載の発明によれば、上記静電
駆動型振動子は、同静電駆動型振動子との間で発生する
静電引力の方向が相反する第１駆動電極及び第２駆動電
極に対して印加される互いに交流成分の反転した各駆動
信号により振動駆動される。このとき、上記第１駆動電
極及び第２駆動電極に対して印加される各駆動信号の交
流成分に基づき上記変位検出信号に混入するノイズは略
相殺され、全体として混入するノイズは低減される。

【００２７】また、上記第１駆動電極及び第２駆動電極
を、これら互いに反転する交流成分を有する各駆動信号
により上記静電駆動型振動子との間で生じる静電引力が
同等となるような構成にすることで、同静電駆動型振動
子に印加される振動駆動力（静電引力）のうち、交流成
分の２乗に比例して生じる力の成分及び直流成分の２乗
に比例して生じる力の成分は打ち消し合い、不要な動き
は低減される。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明の
第１実施形態を適用した角速度センサについて、図１〜
図６に従って説明する。

【００２９】図１に示されるように、絶縁層を形成する
シリコン基板１０には、例えば導電性とするために不純
物の添加されたポリシリコン（以下、「導電性ポリシリ
コン」という）にて形成された振動子としての駆動枠１
１、検出枠１２、駆動電極１３、駆動方向変位検出電極
１４ａ，１４ｂ、角速度検出電極１５ａ，１５ｂ及び浮
動体アンカーａ１１，ａ１２，ａ１３，ａ１４が設けら
れている。なお、上記駆動電極１３、駆動方向変位検出
電極１４ａ，１４ｂ、角速度検出電極１５ａ，１５ｂ及
び浮動体アンカーａ１１〜ａ１４はシリコン基板１０に
接合されている。

【００３０】上記駆動枠１１は略四角枠状に形成されて
おり、その一側（図１の右側）には、ｙ方向に所定間隔
をおいてｘ方向外側に延びる略櫛歯状の駆動側可動電極
２６が形成されている。また、上記駆動枠１１の一側及
び他側（図１の右側及び左側）には、ｙ方向に所定間隔
をおいてｘ方向内側に延びる略櫛歯状の駆動検出側可動
電極２７がそれぞれ形成されている。上記駆動側可動電
極２６は、前記駆動電極１３に供給される駆動信号によ
り同駆動電極１３との間での静電引力が周期的に変動さ
れ、上記駆動枠１１に振動を発生させる。また、上記駆
動検出側可動電極２７は、上記駆動枠１１の振動による
前記駆動方向変位検出電極１４ａ，１４ｂとの間での静
電容量の変動に基づき発生した振動を検出等する。

【００３１】この駆動枠１１の四隅はｘ方向に撓み性が
高くなるようにｙ方向外側に延びる導電性ポリシリコン
のばね梁３１，３２，３３，３４を介して上記浮動体ア
ンカーａ１１〜ａ１４にぞれぞれ連続している。これら
駆動枠１１及びばね梁３１〜３４は、例えばリソグラフ
による半導体プロセス加工にて、上記シリコン基板１０
から浮くように形成されており、同ばね梁３１〜３４
は、互いに同等の幅及び長さを有している。

【００３２】上記検出枠１２は上記駆動枠１１よりも小
さい幅及び長さを有して略四角枠状に形成されており、
その内側はｘ方向に延びる渡し梁にてｙ方向に複数（６
つ）に均等に区画されている。そして、この検出枠１２
の四隅はｙ方向に撓み性が高くなるようにｘ方向外側に
延びる導電性ポリシリコンのばね梁３５，３６，３７，
３８を介して上記駆動枠１１の内側に連続している。こ
れら検出枠１２及びばね梁３５〜３８も、例えばリソグ
ラフによる半導体プロセス加工にて、上記シリコン基板
１０から浮くように形成されており、同ばね梁３５〜３
８は、互いに同等の幅及び長さを有するように形成され
ている。

【００３３】上記駆動電極１３は、上記駆動枠１１の外
側においてｙ方向に略沿って形成されており、上記駆動
側可動電極２６に対して互い違いに突出する略櫛歯状の
駆動側固定電極が形成されている。この駆動電極１３
は、図２に示される交流成分及びバイアス電圧として直
流成分Ｖｄｃからなる駆動信号（電圧）が印加されるこ
とで、上記駆動側可動電極２６との間での静電引力を周
期的に変動し、同駆動枠１１をｘ方向に振動させる。ち
なみに、上記検出枠１２は、ｘ方向に延びるばね梁３５
〜３８を介して駆動枠１１に連結されているため、同駆
動枠１１がｘ方向に振動することでともにｘ方向に振動
する。これら駆動枠１１及び検出枠１２は、上記駆動信
号が加えられることでその共振周波数にてｘ方向に励振
されるようになっている。そして、この検出枠１２が駆
動枠１１とともにｘ方向に振動している状態においてｚ
軸廻りの角速度が加わると、同検出枠１２はこの角速度
に基づくコリオリ力によりｙ方向の振動成分を有する楕
円振動を行う。

【００３４】上記駆動方向変位検出電極１４ａ，１４ｂ
は、上記駆動枠１１の内側においてｙ方向に略沿って形
成されており、それぞれ上記駆動検出側可動電極２７に
対して互い違いに突出する略櫛歯状の駆動検出側固定電
極が形成されている。これら駆動方向変位検出電極１４
ａ，１４ｂは、上記駆動枠１１のｘ方向の振動に基づく
同駆動枠１１（駆動検出側可動電極２７）との間の静電
容量の振動により、同駆動枠１１のｘ方向の振動状態
（変位）を変位検出信号として検出する。すなわち、駆
動枠１１が一側（図１の右側）に移動するときには、駆
動方向変位検出電極１４ａと駆動検出側可動電極２７と
の間の静電容量が減少するとともに、駆動方向変位検出
電極１４ｂと駆動検出側可動電極２７との間の静電容量
が増加する。また、駆動枠１１が他側（図１の左側）に
移動するときには、これらの関係は逆となる。従って、
上記駆動方向変位検出電極１４ａ，１４ｂの静電容量の
振動（変位検出信号）は、互いに逆相となっている。

【００３５】上記角速度検出電極１５ａ，１５ｂは、上
記検出枠１２内に渡し梁にて区画された各空間内の一側
及び他側（図１の上側及び下側）において対向する渡し
梁に対して離隔されてそれぞれ形成されている。これら
角速度検出電極１５ａ，１５ｂは、上記検出枠１２のｙ
方向の振動に基づく同検出枠１２との間の静電容量の振
動により、同検出枠１２のｙ方向の振動状態を検出す
る。すなわち、検出枠１２が一側（図１の上側）に移動
するときには、同検出枠１２と角速度検出電極１５ａと
の間の静電容量が減少するとともに、検出枠１２と角速
度検出電極１５ｂとの間の静電容量が増加する。また、
検出枠１２が他側（図１の下側）に移動するときには、
これらの関係は逆となる。すなわち、上記角速度検出電
極１５ａ，１５ｂの静電容量の振動は、互いに逆相とな
っている。

【００３６】検出枠１２が駆動枠１１とともにｘ方向に
振動している状態における同検出枠１２のｙ方向の振動
状態により、加えられたｚ軸廻りの角速度が検出される
ようになっている。

【００３７】次に、この角速度センサの角速度検出に係
る電気的構成について説明する。図１に示されるよう
に、角速度センサは大きくは駆動装置４０と、検出装置
５０とを有している。

【００３８】上記駆動装置４０は、上記駆動枠１１（及
び検出枠１２）を共振周波数にてｘ方向に振動駆動する
ためのもので、その構成は図３のブロック図にて表され
る。同図に示されるように、上記駆動方向変位検出電極
１４ａ，１４ｂからの各変位検出信号は、変位信号検出
部４１に出力される。この変位信号検出部４１は、互い
に逆相で検出された各変位検出信号を差動増幅し、駆動
信号に基づき混入した同相のノイズを除去した信号を生
成する。

【００３９】上記変位信号検出部４１において差動増幅
された変位検出信号は、同期検波回路４２においてｘ方
向の変位に同期したタイミングにて同期検波されて振動
振幅情報として振幅調節器４３に出力される。図４に示
されるように、この振幅調節器４３は減算器４３ａ及び
増幅器４３ｂを有しており、同減算器４３ａにおいて上
記振幅調節器４３に出力された振動振幅情報と振幅設定
値との差が演算される。そして、上記増幅器４３ｂにお
いて、これら振動振幅情報及び振幅設定値の差に比例し
た信号が駆動信号の直流成分Ｖｄｃ（バイアス電圧）と
して生成される。従って、このときの駆動信号の直流成
分Ｖｄｃは、上記振動振幅情報が小さいときには、駆動
電極１３と駆動枠１１（駆動側可動電極２６）との電位
差（バイアス電圧）が大きくなるように増加調節されて
生成され、一方、同振動振幅情報が大きいときには、駆
動電極１３と駆動枠１１（駆動側可動電極２６）との電
位差（バイアス電圧）が小さくなるように低減調節され
て生成される。このような駆動信号の直流成分Ｖｄｃの
調節は、上記駆動枠１１（及び検出枠１２）のｘ方向の
振動振幅が一定になるように同駆動枠１１（及び検出枠
１２）の振動駆動力を制御するためである。このように
生成された駆動信号の直流成分Ｖｄｃは、加算器４４に
出力される。

【００４０】一方、上記変位信号検出部４１において差
動増幅された変位検出信号は、同時に９０ｄｅｇ移相器
４５を介して略９０度移相されて交流成分生成部４６に
出力される。そして、上記交流成分生成部４６におい
て、上記変位検出信号と同等の周波数を有して同変位検
出信号に対して略９０度移相され、一定の振幅を有する
駆動信号の交流成分が生成される。この駆動信号の交流
成分の振幅は、上記駆動枠１１（及び検出枠１２）を共
振周波数にて発振させるのに十分な大きさとなってい
る。なお、上記駆動信号の交流成分を変位検出信号に対
して略９０度移相するのは、上記駆動枠１１（及び検出
枠１２）を最も効率のよい共振点にて駆動し、発振しや
すくするためである。このように生成された駆動信号の
交流成分は、上記加算器４４に出力される。

【００４１】上記加算器４４において、上記調節された
駆動信号の直流成分Ｖｄｃと一定の振幅を有する駆動信
号の交流成分とが加算されて駆動信号が生成される。そ
して、このように生成された駆動信号が前記駆動電極１
３に印加される。この駆動信号（印加電圧）の２乗に比
例して上記駆動枠１１（駆動側可動電極２６）との間で
発生する静電引力（振動駆動力）の振動により、同駆動
枠１１（及び検出枠１２）はｘ方向の振動振幅が一定に
なるように振動駆動される。

【００４２】上記検出装置５０は、電荷−電圧変換回路
５１，５２及び差動増幅器５３を備えており、加えられ
たｚ軸廻りの角速度を検出する。上記電荷−電圧変換回
路５１，５２はそれぞれ前記角速度検出電極１５ａ，１
５ｂに接続されており、同角速度検出電極１５ａ，１５
ｂとＧＮＤレベルにある検出枠１２全体との間での静電
容量の振動に相当する電気信号（電圧）を発生する。こ
の電気信号（電圧）は、検出枠１２のｙ方向の振動に同
期したレベル変化を示す交流信号となっている。なお、
上記角速度検出電極１５ａ，１５ｂの静電容量の振動
は、互いに逆相となっているため、これら電荷−電圧変
換回路５１，５２においてそれぞれ発生する電気信号
（電圧）も、互いに逆相となっている。

【００４３】上記差動増幅器５３は電荷−電圧変換回路
５１，５２に接続されており、各電荷−電圧変換回路５
１，５２において互いに逆相に発生した電気信号（電
圧）を差動増幅し、ノイズの相殺された角速度信号を発
生する。

【００４４】ここで、検出枠１２が駆動枠１１とともに
ｘ方向に振動している状態において、ｚ軸廻りの角速度
が加わると、同検出枠１２はｙ方向に振動することは既
述のとおりである。このときの検出枠１２のｙ方向の振
動に基づく角速度信号は、加えられた角速度との間に所
定の関係を有している。従って、この角速度信号により
加えられた角速度が検出される。

【００４５】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、以下に示す効果が得られるようになる。（１）本実施形態では、駆動装置４０は、一定の振幅を
有する交流成分及び検出された変位検出信号に基づき増
減制御される直流成分Ｖｄｃ（バイアス電圧）からなる
駆動信号を生成する。そして、この駆動信号に基づき、
上記駆動枠１１（及び検出枠１２）の振動駆動力を制御
して、同駆動枠１１（及び検出枠１２）のｘ方向の振動
振幅が一定になるように調節する。

【００４６】従って、例えば駆動枠１１（及び検出枠１
２）の経時変化や環境温度の変化などによって同駆動枠
１１（及び検出枠１２）のｘ方向のＱ値が変動した場合
においても、駆動信号の直流成分Ｖｄｃのみが増減制御
され、交流成分（振幅）は一定とされる。すなわち、駆
動枠１１（及び検出枠１２）の経時変化や環境温度の変
化などによって同駆動枠１１（及び検出枠１２）のｘ方
向のＱ値が変動した場合においても、駆動信号の交流成
分により変位検出信号に混入するノイズ量は安定したも
のとされる。このため、駆動枠１１（及び検出枠１２）
の振動状態の検出誤差や角速度の検出出力のずれの変動
を抑制することができる。

【００４７】（２）本実施形態では、駆動信号の直流成
分Ｖｄｃを、変位検出信号に基づき検出される駆動枠１
１（及び検出枠１２）の振動振幅情報と振幅設定値との
差に比例して増減制御した。従って、上記駆動枠１１
（及び検出枠１２）の振動駆動力の位相遅れが抑えら
れ、同駆動枠１１（及び検出枠１２）に対する応答性の
良い制御が可能となる。

【００４８】（３）本実施形態では、駆動信号の交流成
分は変位検出信号と略９０度の位相差を有して生成され
る。従って、上記駆動枠１１（及び検出枠１２）を、最
も効率のよい共振点にて振動駆動することができる。

【００４９】なお、本実施形態では、駆動信号の直流成
分Ｖｄｃを、変位検出信号に基づき検出される駆動枠１
１（及び検出枠１２）の振動振幅情報と振幅設定値との
差に比例して増減制御した。これに対して、駆動信号の
直流成分Ｖｄｃを、変位検出信号に基づき検出される駆
動枠１１（及び検出枠１２）の振動振幅情報と振幅設定
値との差を時間積分した値に比例して増減制御してもよ
い。すなわち、上記減算器４３ａ及び増幅器４３ｂから
なる振幅調節器４３に代えて、図５に示される減算器６
１ａ及び積分器６１ｂからなる振幅調節器６１を採用す
る。この場合、減算器６１ａにおいて上記振幅調節器６
１に出力された振動振幅情報と振幅設定値との差が演算
され、上記積分器６１ｂにおいて、これら振動振幅情報
及び振幅設定値の差の時間積分に比例した信号が駆動信
号の直流成分Ｖｄｃとして生成される。このときの駆動
信号の直流成分Ｖｄｃも、上記振動振幅情報が小さいと
きには、駆動電極１３と駆動枠１１（駆動側可動電極２
６）との電位差（バイアス電圧）が大きくなるように増
加調節されて生成され、一方、同振動振幅情報が大きい
ときには、駆動電極１３と駆動枠１１（駆動側可動電極
２６）との電位差（バイアス電圧）が小さくなるように
低減調節されて生成される。従って、上記駆動枠１１
（及び検出枠１２）のｘ方向の振動振幅が一定になるよ
うに同駆動枠１１（及び検出枠１２）の振動駆動力が同
様に制御される。

【００５０】このように駆動信号の直流成分Ｖｄｃを生
成する場合、上記第１実施形態の（１）及び（３）の効
果に加え、以下の効果が得られるようになる。（１）駆動枠１１（及び検出枠１２）の振動振幅情報と
振幅設定値との差が零になるよう、同駆動枠１１（及び
検出枠１２）に対する精度の良い制御が可能となる。

【００５１】さらに、駆動信号の直流成分Ｖｄｃを、変
位検出信号に基づき検出される駆動枠１１（及び検出枠
１２）の振動振幅情報と振幅設定値との差を時間積分し
た値及び同振動振幅情報と振幅設定値との差に比例した
値の和に比例して増減制御してもよい。すなわち、上記
減算器４３ａ及び増幅器４３ｂからなる振幅調節器４３
に代えて、図６に示される減算器６２ａ、積分器６２
ｂ、増幅器６２ｃ及び加算器６２ｄからなる振幅調節器
６２を採用する。この場合、減算器６２ａにおいて上記
振幅調節器６２に出力された振動振幅情報と振幅設定値
との差が演算される。そして、上記積分器６２ｂを介し
てこれら振動振幅情報及び振幅設定値の差の時間積分に
比例した信号が加算器６２ｄに出力され、一方、増幅器
６２ｃを介してこれら振動振幅情報及び振幅設定値の差
に比例した信号が加算器６２ｄに出力される。そして、
加算器６２ｄにおいてこれら両信号の加算されたものが
駆動信号の直流成分Ｖｄｃとして生成される。このとき
の駆動信号の直流成分Ｖｄｃも、上記振動振幅情報が小
さいときには、駆動電極１３と駆動枠１１（駆動側可動
電極２６）との電位差（バイアス電圧）が大きくなるよ
うに増加調節されて生成され、一方、同振動振幅情報が
大きいときには、駆動電極１３と駆動枠１１（駆動側可
動電極２６）との電位差（バイアス電圧）が小さくなる
ように低減調節されて生成される。従って、上記駆動枠
１１（及び検出枠１２）のｘ方向の振動振幅が一定にな
るように同駆動枠１１（及び検出枠１２）の振動駆動力
が同様に制御される。

【００５２】このように駆動信号の直流成分（バイアス
電圧）Ｖｄｃを生成する場合、上記第１実施形態の
（１）及び（３）の効果に加え、以下の効果が得られる
ようになる。

【００５３】（１）駆動枠１１（及び検出枠１２）の振
動駆動力の位相遅れが抑えられ、また、駆動枠１１（及
び検出枠１２）の振動振幅情報と振幅設定値との差が零
になるよう、同駆動枠１１（及び検出枠１２）に対する
応答性及び精度の良い制御が可能となる。

【００５４】（第２実施形態）以下、本発明の第２実施
形態を適用した角速度センサについて、図７〜図９に従
って説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態の
駆動電極１３（第１駆動電極）に加えて第２駆動電極と
しての別の駆動電極を有する構成に変更したのみである
ため、同様の部分についてはその詳細な説明は省略す
る。なお、本実施形態においても、振幅調節器４３に代
えて、振幅調節器６１，６２のいずれか１つの構成を採
用してもよい。

【００５５】図７に示されるように、前記駆動枠１１の
他側（図７の左側）には、前記駆動側可動電極２６と同
様に、ｙ方向に所定間隔をおいてｘ方向外側に延びる略
櫛歯状の駆動側可動電極６５が形成されており、一方、
同駆動側可動電極６５に対して互い違いに突出する略櫛
歯状の駆動側固定電極が形成された別の駆動電極６６
が、上記駆動枠１１の外側においてｙ方向に略沿って形
成されている。この駆動電極６６も、駆動電極１３と同
様にシリコン基板１０に接合されている。そして、これ
ら駆動電極１３，６６は、図８に示される互いに反転し
た交流成分及びバイアス電圧として直流成分Ｖｄｃから
なる各駆動信号（電圧）が前記駆動装置４０から印加さ
れることで、上記駆動側可動電極２６，６５との間での
静電引力を周期的に変動し、同駆動枠１１（及び検出枠
１２）をｘ方向に振動させる。

【００５６】なお、本実施形態の駆動装置４０は、上記
駆動電極１３，６６に対する各駆動信号を生成するた
め、図９のブロック図にて表される構成を有している。
同図に示されるように、この駆動装置４０は、前記振幅
調節器４３に接続される別の加算器６７と、前記交流成
分生成部４６に接続される反転回路６８とを有してい
る。そして、加算器６７において、上記駆動信号の直流
成分Ｖｄｃと一定の振幅を有する反転した駆動信号の交
流成分とが加算されて別の駆動信号が生成される。そし
て、このように交流成分の反転して生成された駆動信号
が上記駆動電極６６に印加される。

【００５７】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第１実施形態における（１）〜（３）の効果に
加えて以下に示す効果が得られるようになる。（１）本実施形態では、上記駆動枠１１（及び検出枠１
２）は、同駆動枠１１（駆動側可動電極２６，６５）と
の間で発生する静電引力の方向が相反する駆動電極１
３，６６に対して印加される互いに交流成分の反転した
各駆動信号により振動駆動される。このとき、上記駆動
電極１３，６６に対して印加される各駆動信号の交流成
分に基づき上記変位検出信号に混入するノイズを略相殺
し、全体として混入するノイズを低減することができ
る。

【００５８】また、上記駆動電極１３，６６は、これら
互いに反転する交流成分を有する各駆動信号により上記
駆動枠１１（駆動側可動電極２６，６５）との間で生じ
る静電引力が同等となる略対称な構成であるため、同駆
動枠１１（及び検出枠１２）に印加される振動駆動力
（静電引力）のうち、交流成分の２乗に比例して生じる
力の成分及び直流成分の２乗に比例して生じる力の成分
を打ち消し合い、不要な動きを低減することができる。

【００５９】（第３実施形態）以下、本発明の第３実施
形態を適用した角速度センサについて、図１０に基づき
説明する。なお、第３実施形態は、第１実施形態の交流
成分生成部４６に代えて、増幅器７０を採用したのみで
あるため、同様の部分についてはその詳細な説明は省略
する。なお、本実施形態においても、振幅調節器４３に
代えて振幅調節器６１，６２のいずれか１つの構成を採
用してもよい。

【００６０】本実施形態では、前記９０ｄｅｇ移相器４
５において略９０度移相された変位検出信号を増幅器７
０を介して増幅することで、駆動信号の交流成分が生成
される。すなわち、上記駆動枠１１（及び検出枠１２）
の振動状態（振動振幅）が安定すれば、同駆動枠１１
（及び検出枠１２）の振動に基づく変位検出信号を増幅
するのみで、一定の振幅を有する駆動信号の交流成分が
生成される。このため、例えば、駆動信号の交流成分を
前記交流成分生成部４６において単独で生成する場合に
比べ、その回路構成が簡易化される。なお、上記増幅器
７０における増幅率は、上記駆動枠１１（及び検出枠１
２）を共振周波数にて発振させるためにループゲインが
１よりも大きくなるように設定されている。

【００６１】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第１実施形態における（１）〜（３）の効果に
加えて以下に示す効果が得られるようになる。（１）本実施形態では、駆動枠１１（及び検出枠１２）
の振動状態（振動振幅）が安定すれば、同駆動枠１１
（及び検出枠１２）の振動に基づく変位検出信号を増幅
するのみで、一定の振幅を有する駆動信号の交流成分を
生成することができる。このため、例えば、駆動信号の
交流成分を前記交流成分生成部４６において単独で生成
する場合に比べ、その回路構成を簡易化することができ
る。

【００６２】（２）本実施形態では、正弦波として検出
される変位検出信号を増幅することにより、駆動信号の
交流成分を正弦波として生成する。従って、例えば駆動
信号の交流成分を矩形波として生成した場合に混入する
高調波のノイズ発生を抑制することができる。

【００６３】なお、図１１に示されるように、上記９０
ｄｅｇ移相器４５に代えて、微分器７１により、変位検
出信号を略９０度移相するようにしてもよい。この場合
においても、上記第３実施形態と同様の効果が得られる
ようになる。

【００６４】また、図１２に示されるように、上記９０
ｄｅｇ移相器４５に代えて、積分器７２により、変位検
出信号を略９０度移相するようにしてもよい。この場合
においても、上記第３実施形態と同様の効果が得られる
ようになる。

【００６５】（第４実施形態）以下、本発明の第４実施
形態を適用した角速度センサについて、図１３に基づき
説明する。なお、第４実施形態は、第２実施形態の交流
成分生成部４６に代えて、増幅器７３を採用したのみで
あるため、同様の部分についてはその詳細な説明は省略
する。なお、本実施形態においても、振幅調節器４３に
代えて振幅調節器６１，６２のいずれか１つの構成を採
用してもよい。

【００６６】本実施形態では、前記９０ｄｅｇ移相器４
５において略９０度移相された変位検出信号を増幅器７
３を介して増幅することで、駆動信号の交流成分が生成
される。すなわち、上記駆動枠１１（及び検出枠１２）
の振動状態（振動振幅）が安定すれば、同駆動枠１１
（及び検出枠１２）の振動に基づく変位検出信号を増幅
するのみで、一定の振幅を有する駆動信号の交流成分が
生成される。このため、例えば、駆動信号の交流成分を
前記交流成分生成部４６において単独で生成する場合に
比べ、その回路構成が簡易化される。なお、上記増幅器
７３における増幅率も、上記駆動枠１１（及び検出枠１
２）を共振周波数にて発振させるためにループゲインが
１よりも大きくなるように設定されている。

【００６７】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第２及び第３実施形態の効果と同様の効果が得
られるようになる。なお、本発明の実施の形態は上記実
施形態に限定されるものではなく、次のように変更して
もよい。

【００６８】・前記第１及び第２実施形態における駆動
信号の交流成分としては、例えば正弦波であってもよい
し、矩形波などであってもよい。・前記第１、第２及び第４実施形態においては、９０ｄ
ｅｇ移相器４５を採用したが、例えば微分器や積分器を
採用してもよい。

【００６９】・前記各実施形態においては、９０ｄｅｇ
移相器４５、微分器若しくは積分器にて略９０度移相す
るようにしたが、その他の角度にて移相するようにして
もよい。また、このような移相は必ずしも必要ない。

【００７０】・前記各実施形態において採用された検出
枠１２のｙ方向の振動検出構造（検出装置５０）は一例
であってその他の構造を採用してもよい。・前記各実施形態において採用された角速度センサの構
造は一例であってその構造は任意である。

【００７１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、変位検出信号に混入するノイズ量の変動
を抑制して、静電駆動型振動子の振動状態の検出誤差等
の変動を抑制することができる。

【００７２】請求項２に記載の発明によれば、静電駆動
型振動子の振動駆動力の位相遅れが抑えられて同静電駆
動型振動子に対する応答性の良い制御が可能となり、若
しくは、静電駆動型振動子の振動振幅と設定振幅との差
が零になるように同静電駆動型振動子に対する精度の良
い制御が可能となり、若しくは、静電駆動型振動子の振
動駆動力の位相遅れが抑えられるとともに静電駆動型振
動子の振動振幅と設定振幅との差が零になるように同静
電駆動型振動子に対する応答性及び精度の良い制御が可
能となる。

【００７３】請求項３に記載の発明によれば、静電駆動
型振動子を最も効率のよい共振点にて振動駆動すること
ができ、若しくは、交流成分生成手段の構成（回路構
成）を簡易化することができ、若しくは、交流成分生成
手段の構成（回路構成）を簡易化するとともに静電駆動
型振動子を最も効率のよい共振点にて振動駆動すること
ができる。

【００７４】請求項４に記載の発明によれば、第１駆動
電極及び第２駆動電極に対して印加される各駆動信号の
交流成分に基づき変位検出信号に混入するノイズを略相
殺し、全体として混入するノイズを低減することができ
る。

【００７５】また、上記第１駆動電極及び第２駆動電極
を、互いに反転する交流成分を有する各駆動信号により
上記静電駆動型振動子との間で生じる静電引力が同等と
なるような構成にすることで、同静電駆動型振動子に印
加される振動駆動力（静電引力）のうち、交流成分の２
乗に比例して生じる力の成分及び直流成分の２乗に比例
して生じる力の成分を打ち消し合い、不要な動きを低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を適用した角速度センサ
を示す概略図。

【図２】同実施形態の駆動電極に印加される駆動信号を
示すタイムチャート。

【図３】同実施形態を示すブロック図。

【図４】同実施形態の振幅調節器を示すブロック図。

【図５】同実施形態の振幅調節器の別例を示すブロック
図。

【図６】同実施形態の振幅調節器の別例を示すブロック
図。

【図７】本発明の第２実施形態を適用した角速度センサ
を示す概略図。

【図８】同実施形態の各駆動電極に印加される駆動信号
を示すタイムチャート。

【図９】同実施形態を示すブロック図。

【図１０】本発明の第３実施形態を示すブロック図。

【図１１】同実施形態の別例を示すブロック図。

【図１２】同実施形態の別例を示すブロック図。

【図１３】本発明の第４実施形態を示すブロック図。

【図１４】従来の形態を示すブロック図。

【符号の説明】

１２振動子としての検出枠１３，６６駆動電極４０駆動装置４２同期検波回路４３，６１，６２振幅調節器４３ａ，６１ａ，６２ａ減算器４３ｂ，６２ｃ増幅器６１ｂ，６２ｂ積分器６２ｄ加算器４５９０ｄｅｇ移相器４６交流成分生成部７０，７３増幅器７１微分器７２積分器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電駆動型振動子に駆動信号を出力し
て該静電駆動型振動子を振動駆動する振動子駆動手段
と、該静電駆動型振動子の振動による変位を変位検出信
号として検出する変位検出手段と、該検出された変位検
出信号に基づき該静電駆動型振動子の振動振幅が一定に
なるように該振動子駆動手段から出力される駆動信号を
生成制御する振幅調節手段とを備えた振動子駆動装置に
おいて、前記振幅調節手段は、一定の振幅を有する前記駆動信号
の交流成分を生成する交流成分生成手段と、前記検出さ
れた変位検出信号に基づき増減制御される該駆動信号の
直流成分を生成する直流成分生成手段とを有し、前記生成された交流成分及び直流成分からなる駆動信号
に基づき、前記静電駆動型振動子の振動駆動力を制御し
て、該静電駆動型振動子の振動振幅が一定になるように
調節を行うことを特徴とする振動子駆動装置。
【請求項２】請求項１に記載の振動子駆動装置にお
いて、前記駆動信号の直流成分は、前記変位検出信号に基づき
検出される前記静電駆動型振動子の振動振幅と設定振幅
との差に比例して、又は、前記変位検出信号に基づき検
出される前記静電駆動型振動子の振動振幅と設定振幅と
の差を時間積分した値に比例して、又は、前記変位検出
信号に基づき検出される前記静電駆動型振動子の振動振
幅と設定振幅との差を時間積分した値及び該振動振幅と
設定振幅との差に比例した値の和に比例して増減制御さ
れることを特徴とする振動子駆動装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の振動子駆動装
置において、前記駆動信号の交流成分は、前記変位検出信号と略９０
度の位相差を有して、又は、該駆動信号の交流成分の振
幅が前記変位検出信号の振幅に比例するように、又は、
前記変位検出信号を微分、積分及び９０度移相のいずれ
か１つをした信号に比例するように生成されることを特
徴とする振動子駆動装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の振動
子駆動装置において、前記静電駆動型振動子との間の静電引力の方向が相反
し、前記駆動信号の交流成分が互いに反転されて印加さ
れる第１駆動電極及び第２駆動電極を備えることを特徴
とする振動子駆動装置。